DE112006002887T5 - Steuergerät für eine Arbeitsmaschine - Google Patents

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    • E02F9/2075—Control of propulsion units of the hybrid type

Abstract

Steuergerät für eine Arbeitsmaschine mit:
einer Hydraulikpumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird;
einem Hydraulikstellglied, zu dem mit Druck beaufschlagtes Öl zugeführt wird, wobei das mit Druck beaufschlagte Öl von der Hydraulikpumpe abgegeben wird;
einem Generatormotor, der mit einer Ausgangswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist;
einer Speichervorrichtung, die durch den Generatormotor generierte elektrische Energie sammelt und elektrische Energie zu dem Generatormotor zuführt;
einem elektrischen Stellglied, das durch die elektrische Energie, die durch den Generatormotor generiert ist, und/oder die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung gesammelt worden ist, angetrieben wird;
einer Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden; und
einer Steuereinheit zum Beschränken eines Drehmoments oder einer Drehzahl des elektrischen Stellglieds, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuergerät für eine Arbeitsmaschine, insbesondere auf eine Vorrichtung, die zur Steuerung einer Hybridbaumaschine, in der ein Generatormotor eine Antriebskraft eines Verbrennungsmotors unterstützt, geeignet ist.
  • Hintergrund
  • Ein Windendreharbeitsgang kann als ein typischer Arbeitsgang angeführt werden, der durch einen Hydraulikbagger ausgeführt wird. In dem Windendreharbeitsgang werden Erde und Sand, die sicb unterhalb befinden, durch einen Ausleger geladen, ein oberer Drehkörper wird um einen vorgegebenen Winkel (zum Beispiel 90°) gedreht, während der Ausleger gehoben wird, und die Erde und der Sand werden auf eine Ladeplattform eines Kipplasters geladen. Während dem Windendreharbeitsgang werden das Heben des Auslegers und die Drehung des oberen Drehkörpers gleichzeitig durch einen kombinierten Betrieb eines Auslegersteuerhebels und eines Drehsteuerhebels ausgeführt.
  • Eine Konfiguration einer herkömmlichen Baumaschine 1 ist schematisch unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Zum Zwecke eines einfacheren Verständnisses ist nur die Konfiguration, die zur Betätigung des oberen Drehkörpers und des Auslegers verwendet wird, hervorgehoben und in 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt ist, wird eine Hydraulikpumpe 3 unter Verwendung eines Dieselverbrennungsmotors 2 angetrieben, der eine Antriebsquelle ist. Eine Hydraulikpumpe mit variablem Hub wird als die Hydraulikpumpe 3 verwendet und ein Volumen q (cm3/U) wird durch Verändern eines Neigungswinkels einer Taumelscheibe 3a verändert. Mit Druck beaufschlagtes Öl, das von der Hydraulikpumpe 3 mit einem Abgabedruck Pp und eine Durchflussrate Q (cm3/min) abgegeben wird, wird durch ein Steuerventil 21 bzw. ein Steuerventil 22 zu einem Auslegerhydraulikzylinder 31 und ein Drehungshydraulikstellglied 32 zugeführt. Das Steuerventil 21 und das Steuerventil 22 werden durch Steuerhebel 41 und 42 betätigt. Die Hydraulikstellglieder 31 und 32 werden durch Zuführen des mit Druck beaufschlagten Öls zu den Hydraulikstellgliedern 31 und 32 angetrieben, wodurch der Ausleger und der obere Drehkörper betätigt werden, die mit den Hydraulikstellgliedern 31 und 32 verbunden sind.
  • Lasten an dem Ausleger und dem oberen Drehkörper werden während des Betriebs der Baumaschine 1 geändert, was eine Belastung (Hydraulikvorrichtungslast) einer Hydraulikvorrichtung (Hydraulikpumpe 3), d. h. die Last des Verbrennungsmotors 2, verändert.
  • Eine Lastmesssteuerung wird durch die Hydraulikpumpe 3 ausgeführt. Das heißt, dass der Neigungswinkel der Taumelscheibe 3a so gesteuert wird, dass Druckdifferenzen (eine Druckdifferenz über das Steuerventil) ΔP zwischen einem Abgabedruck Pp der Hydraulikpumpe 3 und Lastdrücken (maximaler Lastdruck) PLS der Hydraulikstellglieder 31 und 32 konstant gehalten werden.
  • Druckausgleichsventile 51 und 52 sind in den Steuerventilen 21 bzw. 22 angeordnet, so dass keine größere Menge an mit Druck beaufschlagtem Öl zu dem Hydraulikstellglied zugeführt wird, das eine geringere Last aufweist, wenn die mehreren Hydraulikstellglieder 31 und 32 gleichzeitig betätigt werden.
  • Die Druckausgleichsventile 51 und 52 stellen das mit Druck beaufschlagte Öl ein, das in den Steuerventilen 21 und 22 fließt, so dass die Druckdifferenzen ΔP über die Steuerventile 21 und 22 einander gleich werden. Die Druckausgleichsventile 51 und 52 machen die Zufuhr des mit Druck beaufschlagten Öls durch Verringern des mit Druck beaufschlagten Öls, das zu dem Steuerventil auf der Seite zugeführt wird, bei der die kleinere Last aufgebracht ist, schwierig.
  • Ein Auslegerentlastungswinkel 61 ist an einem Hydraulikdurchgang vorgesehen, der das Steuerventil 21 und das Hydraulikstellglied 31 verbindet. Ein Drehungsentlastungsventil 62 ist an einem Hydraulikdurchgang vorgesehen, der das Steuerventil 22 und das Hydraulikstellglied 32 verbindet. Ein festgelegter Entlastungsdruck Prf des Drehungsentlastungsventils 62 ist geringer als ein festgelegter Entlastungsdruck des Auslegerentlastungsventils. Dies ist so, da das mit Druck beaufschlagte Öl, das einen konstanten Druck hat, zu dem Hydraulikstellglied 32 zugeführt wird, um eine Durchführbarkeit während der Drehung durch Ausführen einer Entlastungsbetätigung des Drehungsentlastungsventils 62 zu verbessern, wenn der Drehsteuerhebel 42 betätigt wird. Zum Beispiel wird der Entlastungsdruck Prf des Drehungsentlastungsventils 62 auf 270 kg/cm2 festgelegt und das mit Druck beaufschlagte Öl, das den konstanten Druck von 270 kg/cm2 aufweist, wird zu dem Hydraulikstellglied 32 zugeführt.
  • Wenn der Windendreharbeitsgang in der Konfiguration ausgeführt wird, werden jedoch die nachstehenden Probleme erzeugt.
  • 1) Verschlechterung einer Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen Drehung und Ausleger
  • Beim Drehen der Winde wird die Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen dem oberen Drehkörper und dem Ausleger idealerweise erzielt, wenn die Steuerhebel 41 und 42 zu vollständigen Hebelpositionen abwärts gedreht werden, und der Ausleger wird genau auf die Höhe der Ladeplattform des Kipplasters gehoben, wenn der obere Drehkörper zu der Ladeplatteform des Kipplasters gedreht wird. Daher ist es, wie in 2A gezeigt ist, notwendig, die Leistung (Ausgangsleistung, Pferdestärken; kW) des Verbrennungsmotors 2 geeignet zwischen dem Auslegerhydraulikstellglied 31 und dem Drehungshydraulikstellglied 32 verteilt wird. Wenn die Leistung des Verbrennungsmotors 2 100 kW erreicht, wird die Leistung von 30 kW in der Gesamtleistung von 100 kW auf das Drehungshydraulikstellglied 32 verteilt und die Restleistung von 70 kW wird auf das Auslegerhydraulikstellglied 31 verteilt.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wird das mit Druck beaufschlagte Öl des Entlastungsdrucks Prf (maximaler Druck) während des Windendreharbeitsgangs zu dem Drehungshydraulikstellglied 32 zugeführt. Diese Leistungsverteilung des Verbrennungsmotors 2 ist in 2B gezeigt. Das heißt, dass die Leistung von 40 kW in der Ausgangsleistung von 100 kW des Verbrennungsmotors 2 auf das Drehungshydraulikstellglied 32 verteilt wird und die Restleistung von 60 kW auf das Auslegerhydraulikstellglied 31 verteilt wird.
  • In der Leistungsverteilung von 2B wird die Leistungsverteilung auf der Seite des oberen Drehkörpers verglichen mit der Seite des Auslegers übermäßig größer und die Drehgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers wird verglichen mit der Auslegerhebegeschwindigkeit schneller. Daher wird der Baum manchmal nicht auf die Höhe der Ladeplattform gehoben, wenn der obere Drehkörper zu der Ladeplattform des Kipplasters gedreht wird. Es ist erforderlich, dass ein Bediener die vollständige Hebelbetätigung der Steuerhebel 41 und 42 nicht ausführt, sondern die Steuerhebel 41 und 42 fein einstellt, um die Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen dem Ausleger und dem oberen Drehkörper zu erzielen. Dementsprechend ist es erforderlich, dass der Bediener eine hohe Fertigkeit aufweist, und wird eine Durchführbarkeit beim Drehen der Winde verringert.
  • 2) Verschlechterung hinsichtlich Energieverlust und Kraftstoffeffizienz
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wird während des Windendreharbeitsgangs die Entlastungsbetätigung zu dem Drehungsentlastungsventil 62 ausgeführt, während die Druckausgleichssteuerung eines Verringerns des mit Druck beaufschlagten Öls, das zu dem Steuerventil auf der Seite der geringeren Last zugeführt wird, ausgeführt wird. Daher wird das übermäßig mit Druck beaufschlagte Öl zu einem Behälter abgegeben, was zu einem Energieverlust oder einer Kraftstoffineffizienz führt.
  • Um derartige Probleme zu lösen, gab es eine Technik, die praktisch angewendet worden ist und in der während des Windendreharbeitsgangs anders als bei dem normalen Arbeitsgang die Druckausgleichssteuerung gestoppt ist und die Taumelscheibe 3a der Hydraulikpumpe 3 nur auf der Grundlage des Lastdrucks des Auslegerhydraulikstellglieds 31 gesteuert wird (herkömmliche Technik).
  • Gemäß der herkömmlichen Technik wird der Druck korrespondierend zu dem Lastdruck des Auslegerhydraulikstellglieds 31, d. h., das mit einem geringeren Druck beaufschlagte Öl (zum Beispiel 200 kg/cm2) als der Entlastungsdruck Prf (270 kg/cm2) zu dem Drehungshydraulikstellglied 32 während dem Windendreharbeitsgang zugeführt. Daher wird, wie in 2A gezeigt ist, die Leistungsverteilung des Verbrennungsmotors 2 nahe der idealen Verteilung. Wenn die Steuerhebel 41 und 42 zu der vollständigen Hebelposition betätigt werden, wird der obere Drehkörper zu der Ladeplattform des Kipplasters gedreht und der Ausleger wird genau auf die Höhe der Ladeplattform gehoben, was den im Wesentlichen idealen Windendreharbeitsgang erlaubt. Das mit Druck beaufschlagte Öl, das zu dem Steuerventil auf der Seite der geringeren Last zugeführt wird, wird durch die Druckausgleichssteuerung verringert und die Entlastungsbetätigung des Drehungsentlastungsventils 62 wird unterdrückt, so dass das Problem eines Energieverlustes oder einer Kraftstoffineffizienz gelöst ist.
  • Die Patentdruckschriften 1 und 2 beschreiben ferner die Technik, in der das Geschwindigkeitsübereinstimmen zwischen den mehreren Hydraulikstellgliedern durch Einstellen des Drucks des mit Druck beaufschlagten Öls erzielt werden, das zu jedem Hydraulikstellglied zugeführt wird, wenn die mehreren Hydraulikstellglieder betätigt werden, während sie miteinander kombiniert sind.
    • Patentdruckschrift 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 11-71788
    • Patentdruckschrift 2: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2003-278705
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Auf dem Gebiet der Baumaschinen ist die Hybridbaumaschine, in der der Generatormotor die Antriebskraft des Verbrennungsmotors unterstützt, entwickelt worden, und viele Patentanmeldungen sind bereits eingereicht worden.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration der Hydraulikbaumaschine. Gleichermaßen zu 1 wird eine Hydraulikpumpe 3 durch einen Verbrennungsmotor 2 angetrieben. Das mit Druck beaufschlagte Öl, das von der Hydraulikpumpe 3 abgegeben wird, wird zu einem Auslegerhydraulikstellglied 31 zugeführt. Ein Generatormotor 4 ist mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 2 gekoppelt. Eine Speichervorrichtung 10 führt die elektrische Energie zu dem Generator 4 zu, während die elektrische Energie, die durch den Generatormotor 4 generiert wird, in der Speichervorrichtung 10 gesammelt wird. Der obere Drehkörper wird durch einen Drehbewegungsgeneratormotor 11 betätigt, der das elektrische Stellglied darstellt. Der Drehbewegungsgeneratormotor 11 wird durch die elektrische Energie, die durch den Generatormotor 4 generiert wird, und/oder die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung 10 gesammelt worden ist, angetrieben.
  • An dieser Stelle gibt es keine Begrenzung auf ein Drehmoment, das in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generiert wird. Daher wird eine Leistung von 20 kW von der Speichervorrichtung 10 zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt und eine Leistung von 20 kW wird von dem Verbrennungsmotor 2, der eine Leistung von 100 kW ausgibt, zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt, so dass der Drehbewegungsgeneratormotor 11 das Drehmoment (135 Nm) korrespondierend zu dem Entlastungsdruck Prf (270 kg/cm2) des Drehungsentlastungsventils 62 generieren kann. Die Leistung von 40 kW wird auf den Drehbewegungsgeneratormotor 11 verteilt und die Leistung von 80 kW wird auf das Auslegerhydraulikstellglied 31 verteilt. Gleichermaßen zu 2B weicht die Leistungsverteilung von dem idealen Zustand (2A) ab, die Drehgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers wird höher als die Hebegeschwindigkeit des Auslegers, was zu der Verschlechterung einer Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen der Drehung und dem Ausleger führt.
  • Ferner ist das Auslegerstellglied durch das Hydraulikstellglied 31 ausgebildet, während das Drehstellglied durch das elektrische Stellglied 11 ausgebildet wird. Daher kann die herkömmliche Technik nicht auf die Konfiguration angewandt werden, die in 3 gezeigt ist, da die herkömmliche Technik unter der Annahme ausgelegt ist, dass beide, der Ausleger und die Drehstellglieder, durch das Hydraulikstellglied ausgebildet sind. Zusätzlich können die Techniken, die in den Patentdruckschriften 1 und 2 offenbart sind, nicht angewandt werden, da die offenbarten Techniken unter der Annahme ausgelegt sind, dass beide, der Ausleger und die Drehstellglieder, durch das Hydraulikstellglied ausgebildet sind.
  • Angesichts des Vorstehenden ist es ein Problem der Erfindung, die Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen beiden, dem Hydraulikstellglied und dem elektrischen Stellglied, auszuführen, wenn beide Stellglieder betätigt werden, während sie miteinander kombiniert sind.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Um das Problem zu lösen und die Aufgabe zu erzielen, weist die erste Erfindung eine Hydraulikpumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird; ein Hydraulikstellglied, das mit Druck beaufschlagtem Öl versorgt wird, wobei das mit Druck beaufschlagte Öl von der Hydraulikpumpe abgegeben wird; einen Generatormotor, der mit einer Ausgangswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist; eine Speichervorrichtung, die elektrische Energie, die durch den Generatormotor generiert wird, speichert und elektrische Energie zu dem Generatormotor zuführt; ein elektrisches Stellglied, das durch die elektrische Energie, die durch den Generatormotor generiert wird, und/oder die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung gesammelt worden ist, angetrieben wird; eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden oder nicht; und eine Steuereinheit zum Beschränken eines Drehmoments oder einer Geschwindigkeit des elektrischen Stellglieds auf, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden.
  • Eine zweite Erfindung weist eine Hydraulikpumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird; ein Hydraulikstellglied, zu dem mit Druck beaufschlagtes Öl zugeführt wird, wobei das mit Druck beaufschlagte Öl von der Hydraulikpumpe abgegeben wird; einen Generatormotor, der mit einer Ausgangswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist; eine Speichervorrichtung, die elektrische Energie speichert, die durch den Generatormotor generiert wird, und elektrische Energie zu dem Generatormotor zuführt; ein elektrisches Stellglied, das durch die elektrische Energie, das durch den Generatormotor generiert wird, und/oder die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung gesammelt worden ist, angetrieben wird; und eine Steuereinheit zum Beschränken einer Last der Hydraulikpumpe auf, so dass die Last der Hydraulikpumpe gesenkt wird, wenn eine Leistung des elektrischen Stellglieds erhöht wird.
  • Eine dritte Erfindung weist eine Hydraulikpumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird; ein Hydraulikstellglied, zu dem mit Druck beaufschlagtes Öl zugeführt wird, wobei das mit Druck beaufschlagte Öl von der Hydraulikpumpe abgegeben wird; einen Generatormotor, der mit einer Ausgangswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist; eine Speichervorrichtung, die elektrische Energie sammelt, die durch den Generatormotor generiert wird, und elektrische Energie zu dem Generatormotor zuführt; ein elektrisches Stellglied, das durch die elektrische Energie, die durch den Generatormotor generiert wird, und/oder die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung gesammelt worden ist, angetrieben wird; eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden oder nicht; eine erste Steuereinheit, die ein Drehmoment oder eine Geschwindigkeit des elektrischen Stellglieds beschränkt, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden; und eine zweite Steuereinheit zum Beschränken einer Last der Hydraulikpumpe auf, so dass die Last der Hydraulikpumpe gesenkt wird, wenn eine Leistung des elektrischen Stellglieds gestiegen ist.
  • In einer vierten Erfindung gemäß der ersten Erfindung oder der dritten Erfindung, wird eine Drehmomentgrenze oder eine Geschwindigkeitsgrenze des elektrischen Stellglieds gesteuert, um verringert zu werden, wenn eine Last an der Hydraulikpumpe oder dem Hydraulikstellglied verringert ist.
  • In einer fünften Erfindung gemäß einer von der ersten bis dritten Erfindung betätigt das Hydraulikstellglied ein Arbeitsgerät und das elektrische Stellglied betätigt einen oberen Drehkörper.
  • In einer sechsten Erfindung gemäß der ersten Erfindung oder der dritten Erfindung ist das Hydraulikstellglied ein Hydraulikstellglied, das ein Auslegerhydraulikstellglied aufweist, das einen Ausleger betätigt, ist das elektrische Stellglied ist ein Stellglied eines oberen Drehkörpers, das einen oberen Drehkörper betätigt, und die Bestimmungseinheit bestimmt, ob ein Windendreharbeitsgang ausgeführt wird oder nicht, in dem das Stellglied des oberen Drehkörpers den oberen Drehkörper betätigt, um den oberen Drehkörper zu drehen, während das Auslegerhydraulikstellglied den Ausleger aufwärts bewegt.
  • Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Wie in 5 gezeigt ist, bestimmen die Bestimmungseinheiten 71 und 72, ob der Auslegerhydraulikzylinder 31 und der Drehbewegungsgeneratormotor 11 gleichzeitig betätigt werden oder nicht, auf der Grundlage der Steuervariable des Auslegersteuerhebels 41 und der Steuervariable des Drehsteuerhebels 42. Das Hydraulikstellglied kann ein Stellglied (Auslegerhydraulikzylinder 31) sein, der die Arbeitsmaschine, wie beispielsweise den Ausleger betätigt, das elektrische Stellglied kann ein Stellglied (Drehbewegungsgeneratormotor 11) sein, das den oberen Drehkörper betätigt (die fünfte Erfindung), wobei das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied nicht auf die vorstehend beschriebenen Stellglieder begrenzt sind. In dem Fall, in dem das Hydraulikstellglied das Auslegerhydraulikstellglied ist, während das elektrische Stellglied das elektrische Stellglied des oberen Drehkörpers ist, bestimmen die Bestimmungseinheiten 71 und 72, ob der Windendreharbeitsgang ausgeführt wird oder nicht. In dem Windendreharbeitsgang betätigt der Drehbewegungsgeneratormotor 11 den oberen Drehkörper, um den oberen Drehkörper zu drehen, während das Auslegerhydraulikstellglied 31 den Ausleger aufwärts betätigt (die sechste Erfindung).
  • Die erste Steuereinheit führt nachstehend beschriebene Steuerung aus. Wenn die Bestimmungseinheiten 71 und 72 bestimmen, dass der Auslegerhydraulikzylinder 31 und der Drehbewegungsgeneratormotor 11 gleichzeitig betätigt werden, generiert die Umschalteinheit 73 den Drehmomentbegrenzungsbefehl zum Beschränken des Drehmoments des Drehbewegungsgeneratormotors 11 auf der Grundlage des Pumpenabgabedrucks Pp und gibt jenen aus. Zum Beispiel wird der Drehmomentbegrenzungsbefehl so generiert und ausgegeben, dass der Drehmomentbegrenzungswert TL2 des Drehbewegungsgeneratormotors 11 mit einem Senken eines Abgabedrucks Pp der Hydraulikpumpe 3 sinkt (die vierte Erfindung). An dieser Stelle kann der Lastdruck des Hydraulikstellglieds (Auslegerhydraulikzylinder 31) anstelle des Pumpenabgabedrucks Pp verwendet werden. Die Geschwindigkeit des elektrischen Stellglieds (Drehbewegungsgeneratormotor 11) kann anstelle der Beschränkung des Drehmoments des elektrischen Stellglieds (Drehbewegungsgeneratormotor 11) beschränkt werden.
  • Wenn die Bestimmungseinheiten 71 und 72 bestimmen, dass der kombinierte Betrieb, wie beispielsweise der Windendreharbeitsgang, ausgeführt wird, wird der Drehbewegungsgeneratormotor 11 durch den Wandler 9 gesteuert, so dass das in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generierte Drehmoment den berechneten Drehmomentgrenzwert TL2 nicht überschreitet.
  • Die zweite Steuereinheit führt nachstehend beschriebene Steuerungen aus. Der Pumpenlastbefehl zum Beschränken der Last Wp der Hydraulikpumpe 3 wird generiert und zu dem Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 ausgegeben, so dass die Last Wp der Hydraulikpumpe 3 mit einer Erhöhung einer Drehausgangsleistung Wsw auf der Grundlage der Drehausgangsleistung Wsw und der Drosselposition S gesenkt wird. Das Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 steuert die Hydraulikpumpe 3, so dass die Pumpenlast der Hydraulikpumpe 3 die berechnete Pumpenlast Wp nicht überschreitet.
  • Beide, die Steuerung durch die erste Steuereinheit und die Steuerung durch die zweite Steuereinheit, können ausgeführt werden (die dritte Erfindung), die Steuerung durch die erste Steuereinheit kann ausgeführt werden (die erste Erfindung) und die Steuerung durch die zweite Steuereinheit kann ausgeführt werden (die zweite Erfindung).
  • Wirkung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung sind nachstehend verglichen mit dem Vergleichsbeispiel beschrieben. Wie in 4B gezeigt ist, wird, wenn die Steuerung durch die erste Steuereinheit ausgeführt wird, das in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generierte Drehmoment beschränkt. Daher wird die Leistung von 15 kW zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 von der Speichervorrichtung 10 zugeführt, während die Leistung von 15 kW zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 von dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt wird, der die Leistung von 100 kW ausgibt, wodurch die gesamte Leistung von 30 kW zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt wird. Das Drehmoment (100 Nm) korrespondierend zu dem gegenwärtigen Abgabedruck Pp (200 kg/cm2) der Hydraulikpumpe 3 oder der gegenwärtige Lastdruck des Auslegerhydraulikstellglieds 31 werden in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generiert. Die Leistung von 30 kW wird zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 verteilt, während die Leistung von 85 kW zu dem Auslegerhydraulikstellglied 31 verteilt wird, wodurch die Leistungsverteilung im Wesentlichen gleich dem idealen Zustand wird (2A). Daher wird, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel von 4A die Drehgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers unterdrückt, um die gute Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen der Drehung und dem Ausleger zu erzielen.
  • 4C stellt eine Leistungsverteilung dar, wenn die Steuerung durch die zweite Steuereinheit zusätzlich zu der Steuerung der ersten Steuereinheit ausgeführt wird. Wie in 4C gezeigt ist, wird, wenn die Steuerung durch die zweite Steuereinheit ausgeführt wird, die Last der Hydraulikpumpe 3 weiter beschränkt. Daher gibt der Verbrennungsmotor 2 die Leistung von 85 kW aus und die Hydraulikpumpe 3 nimmt die Leistung von 70 kW von der Leistung von 85 kW auf. Gleichermaßen zu 4B wird infolge der Steuerung der ersten Steuereinheit die Gesamtleistung von 30 kW zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt und das Drehmoment (100 Nm) korrespondieren zu dem gegenwärtigen Abgabedruck Pp (200 kg/cm2) der Hydraulikpumpe 3 oder der gegenwärtige Lastdruck des Auslegerhydraulikzylinders 31 werden in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generiert. Die Leistung 30 kW wird zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 verteilt, während die Leistung von 70 kW zu dem Auslegerhydraulikstellglied 31 verteilt wird, wobei die Leistungsverteilung identisch zu dem idealen Zustand (2A) wird. Daher wird die Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen der Drehung und dem Ausleger der ideale Zustand.
  • Wie in 6 gezeigt ist, wird, außer wenn die Steuerung durch die zweite Steuereinheit ausgeführt wird, um die Last der Hydraulikpumpe 3 zu beschränken, eine Hubgeschwindigkeit V' des Auslegerhydraulikzylinders 31 nicht fortschreitend gesenkt, wenn eine Zeit des Windendreharbeitsgangs vergeht (aber die Hubgeschwindigkeit V' konstant wird oder leicht erhöht wird), und das Übereinstimmen zwischen der Drehgeschwindigkeit U des oberen Drehkörpers und der Hubgeschwindigkeit V' des Auslegerhydraulikzylinders 31 fällt etwas außerhalb des idealen Zustands. Da die Auslegerhebegeschwindigkeit trotz der Absicht des Bedieners nicht gesenkt worden ist, um das Heben des Auslegers in einer letzten Hälfte des Windendreharbeitsgangs zu stoppen, erfährt der Bediener ein unbehagliches Gefühl bei dem Betrieb.
  • Andererseits wird, wie in 5 gezeigt ist, wenn die Steuerung durch die zweite Steuereinheit ausgeführt wird, um die Last der Hydraulikpumpe 3 zu beschränken, die Hubgeschwindigkeit V des Auslegerhydraulikzylinders 31 fortschreitend gesenkt, wenn eine Zeit des Windendreharbeitsgangs vergeht, da die Pumpenlast, wie vorstehend beschrieben, beschränkt ist, wobei das Übereinstimmen zwischen der Drehgeschwindigkeit U des oberen Drehkörpers und der Hubgeschwindigkeit V des Auslegerhydraulikzylinders 31 der ideale Zustand wird. Da die Auslegerhubgeschwindigkeit zusammen mit der Absicht des Bedieners gesenkt wird, um das Auslegerheben in der letzten Hälfte des Windendreharbeitsgangs zu stoppen, erfährt der Bediener kein unbehagliches Gefühl beim Betrieb.
  • Wenn die Steuerung durch die erste Steuereinheit ausgeführt wird, wie aus dem Buchstaben A in 7B und dem Buchstaben A' in 7A zu sehen ist, wird die Drehgeschwindigkeit U des oberen Drehkörpers, verglichen mit der Geschwindigkeit U' in dem Vergleichsbeispiel, unterdrückt. Wenn die Steuerung durch die zweite Steuereinheit ausgeführt wird, wie aus dem Buchstaben B in 7B und dem Buchstaben B' in 7A zu sehen ist, wird die Auslegerhydraulikzylinderhubgeschwindigkeit V, wenn der Arbeitsgang den Übergang zu der letzten Hälfte macht, verglichen mit der Geschwindigkeit V' des Vergleichsbeispiels fortschreitend gesenkt. Somit kann gemäß der Erfindung die Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen dem oberen Drehkörper und dem Ausleger erzielt werden, um den Windendreharbeitsgang mit einer guten Durchführbarkeit genau auszuführen.
  • 1 ist ein Hydraulikkreislaufschaubild, das ein Beispiel einer Konfiguration eines herkömmlichen Hydraulikbaggers zeigt;
  • 2A ist ein Schaubild, das eine Leistungsverteilung in einem Hydraulikbagger einschließlich eines Hydraulikstellglieds darstellt;
  • 2B ist ein Schaubild, das eine Leistungsverteilung in einem Hydraulikbagger einschließlich eines Hydraulikstellglieds darstellt;
  • 3 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration eines Hydraulikbaggers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 4A ist ein Diagramm, das eine Leistungsverteilung in einem Hydraulikbagger einschließlich eines Hydraulikstellglieds und eines elektrischen Stellglieds darstellt;
  • 4B ist ein Schaubild, das eine Leistungsverteilung in einem Hydraulikbagger einschließlich eines Hydraulikstellglieds und eines elektrischen Stellglieds darstellt;
  • 4C ist ein Schaubild, das eine Leistungsverteilung in einem Hydraulikbagger einschließlich eines Hydraulikstellglieds und eines elektrischen Stellglieds darstellt;
  • 5 ist ein Schaubild, das einen Steuerblock gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 6 ist ein Schaubild, das Geschwindigkeitsänderungen des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während einer kombinierten Betätigung über die Zeit zeigt;
  • 7A ist ein Schaubild, das ein Vergleichsbeispiel korrespondierend zu dem Ausführungsbeispiel von 5 zeigt, und ist ein Schaubild, das die Geschwindigkeitsänderungen des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung über die Zeit zeigt;
  • 7B ist ein Schaubild, das die Geschwindigkeitsänderungen des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung in dem Ausführungsbeispiel von 5 über die Zeit zeigt;
  • 8 ist ein Schaubild, das einen Steuerblock gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 9A ist ein Schaubild, das ein Vergleichsbeispiel korrespondierend zu dem Ausführungsbeispiel von 8 zeigt, und ist ein Schaubild, das die Geschwindigkeitsänderungen des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung über die Zeit zeigt;
  • 9B ist ein Schaubild, das die Änderungen der Betätigungsgeschwindigkeiten des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung in dem Ausführungsbeispiel von 8 über die Zeit zeigt;
  • 10 ist ein Schaubild, das einen Steuerblock gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 11A ist ein Schaubild, das ein Vergleichsbeispiel korrespondierend zu dem Ausführungsbeispiel von 10 zeigt, und ist ein Schaubild, das die Änderungen der Betätigungsgeschwindigkeiten des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung über die Zeit zeigt;
  • 11B ist ein Schaubild, das die Änderungen der Betätigungsgeschwindigkeiten des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung in dem Ausführungsbeispiel von 10 über die Zeit zeigt;
  • 12 ist ein Schaubild, das einen Steuerblock gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 13A ist ein Schaubild, das ein Vergleichsbeispiel, korrespondierend zu dem Ausführungsbeispiel von 1 zeigt, und 13A ist ein Schaubild, das die Änderungen der Betätigungsgeschwindigkeiten des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung über die Zeit zeigt;
  • 13B ist ein Schaubild, das die Änderungen der Betätigungsgeschwindigkeiten des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung in dem Ausführungsbeispiel von 12 über die Zeit zeigt;
  • 14 ist ein Schaubild, das einen Steuerblock gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 15A ist ein Schaubild, das ein Vergleichsbeispiel, korrespondierend zu dem Ausführungsbeispiel von 14 zeigt, und ist ein Schaubild, das die Änderungen der Betätigungsgeschwindigkeiten des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung über die Zeit zeigt;
  • 15B ist ein Schaubild, das die Änderungen der Betätigungsgeschwindigkeitsen des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung in dem Ausführungsbeispiel von 14 über die Zeit zeigt;
  • 16 ist ein Schaubild, das einen Steuerblock gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 17A ist ein Schaubild, das ein Vergleichsbeispiel, korrespondierend zu dem Ausführungsbeispiel von 16 zeigt, und 17A ist ein Schaubild, das die Änderungen der Betätigungsgeschwindigkeiten des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung über die Zeit zeigt; und
  • 17B ist ein Schaubild, das die Betätigungsgeschwindigkeitsänderungen des Hydraulikstellglieds und des elektrischen Stellglieds während der kombinierten Betätigung in dem Ausführungsbeispiel von 16 über die Zeit zeigt.
  • Beste Modi zum Ausführen der Erfindung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 3 zeigt eine Gesamtkonfiguration einer Baumaschine 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Baumaschine 1 ist als ein Hydraulikbagger gedacht.
  • Die Baumaschine 1 weist einen oberen Drehkörper und einen unteren Raupenträger auf, wobei der untere Raupenträger eine rechte und eine linke Raupenkette aufweist. Eine Arbeitsmaschine, die einen Ausleger, einen Arm und eine Schaufel aufweist, ist an einem Maschinenkörper angebracht. Der Ausleger wird durch Antreiben eines Auslegerhydraulikzylinders 31 betätigt, der Arm wird durch Antreiben eines Armhydraulikzylinders 33 betätigt und die Schaufel wird durch Antreiben eines Schaufelhydraulikzylinders 34 betätigt. Die linke Raupenkette und die rechte Raupenkette werden durch Antreiben eines Hydraulikmotors für die linke Raupenkette 35 bzw. eines Hydraulikmotors für die rechte Kette 36 gedreht.
  • Wenn eine Drehbewegungsmaschine 12 angetrieben wird, wird der obere Drehkörper durch ein Schwenkgetrieberad, einen Schwenkkreis oder dergleichen, gedreht. Die Hydraulikpumpe 3, die als eine Tandempumpe ausgebildet ist, ist mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 2 verbunden und die Hydraulikpumpe 3 wird durch Drehung der Verbrennungsmotorausgangswelle angetrieben. Die Hydraulikpumpe 3 ist eine Hydraulikpumpe mit variablem Hub, in der der Neigungswinkel einer Taumelscheibe 3a geändert wird, um das Volumen q zu ändern (cm3/U).
  • Das mit Druck beaufschlagte Öl, das von der Hydraulikpumpe 3 mit dem Abgabedruck Pp und der Durchflussrate Q (cm3/min) abgegeben wird, wird jeweils zu einem Auslegersteuerventil 21, einem Armsteuerventil 22, einem Schaufelsteuerventil 23, einem Steuerventil der linken Kette 24 und einem Steuerventil der rechten Kette 25 zugeführt. Ein Hydrauliksensor 13 erfasst den Abgabedruck Pp der Hydraulikpumpe 3 und ein Signal, das den Pumpenabgabedruck Pp angibt, wird zu einem Hybridsteuergerät 7 eingegeben.
  • Das mit Druck beaufschlagte Öl, das von dem Auslegersteuerventil 21, dem Armsteuerventil 22, dem Schaufelsteuerventil 23, dem Steuerventil der linken Raupe 24 und dem Steuerventil der rechten Raupe 25 ausgegeben wird, wird zu dem Auslegerhydraulikzylinder 31, dem Armhydraulikzylinder 33, dem Schaufelhydraulikzylinder 34, dem Hydraulikmotor der linken Raupe 35 bzw. dem Hydraulikmotor der rechten Raupe 36 zugeführt. Dies ermöglicht es, dass der Ausleger, der Arm, die Schaufel, die linke Raupenkette und die rechte Raupenkette durch Antreiben des Auslegerhydraulikzylinders 31, des Armhydraulikzylinders 33, des Schaufelhydraulikzylinders 34, des Hydraulikmotors der linken Raupe 35 bzw. des Hydraulikmotors der rechten Raupe 36 betätigt werden.
  • Steuerhebel sind an einem Fahrersitz der Baumaschine 1 vorgesehen, um die Arbeitsmaschine, den unteren Raupenträger und den oberen Drehkörper zu betätigen. Der Auslegersteuerhebel 41 zum Betätigen des Auslegers und der Drehsteuerhebel 42 zum Betätigen des oberen Drehkörpers sind typischerweise in 2 gezeigt.
  • Sensoren 41a und 42a sind an dem Auslegersteuerhebel 41 und dem Drehsteuerhebel 42 vorgesehen, um Steuervariablen (eine gesteuerte Position) zu erfassen. Die Signale, die durch die Sensoren 41a und 42a erfasst werden, werden in das Hybridsteuergerät 7 eingegeben.
  • Der Verbrennungsmotor 2 ist ein Dieselverbrennungsmotor, in dem die Leistung (Ausgangsleistung, Pferdestärken; kW) durch Einstellen der Kraftstoffmenge, die in den Zylinder eingespritzt wird, gesteuert wird. Die Einstellung wird durch Steuern eines Reglers ausgeführt, der an einer Kraftstoffeinspritzpumpe des Verbrennungsmotors 2 angebracht ist.
  • Ein Signal, das eine Drosselposition S (%) anzeigt, die durch eine Kraftstoffeinstellung 14 festgelegt ist, und ein Signal, das eine Verbrennungsmotordrehzahl des Verbrennungsmotors 2 anzeigt, werden zu dem Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 eingegeben. Die Drosselposition S wird als eine Einheit in ausgedrückt, während die maximale Verbrennungsmotordrehzahl (hohe Leerlaufverbrennungsmotordrehzahl) des Verbrennungsmotors 2 auf 100 festgelegt ist. Das Signal, das die Drosselposition S anzeigt, das durch die Kraftstoffeinstellung 14 festgelegt worden ist, wird zu dem Hybridsteuergerät 7 und dem Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 eingegeben.
  • Das Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 gibt einen Reglersteuerbefehl zum Festlegen der Verbrennungsmotordrehzahl auf eine Sollverbrennungsmotordrehzahl auf der Grundlage der Sollverbrennungsmotordrehzahl korrespondierend zu der Drosselposition S und der gegenwärtigen Istverbrennungsmotordrehzahl aus und der Regler erhöht oder senkt die Kraftstoffeinspritzmenge im Ansprechen auf den Reglersteuerbefehl, so dass die Sollverbrennungsmotordrehzahl erlangt wird.
  • Die Steuerung des Verbrennungsmotorpumpensteuergeräts 17 für den Verbrennungsmotor 2 und die Pumpe 3 ist im Allgemeinen in einen Modus für schweren Aushub (ein Arbeitsmodus in dem Hochlastzustand der Arbeitsmaschine) und einen Modus für normalen Aushub geteilt. In dem Modus für schweren Aushub wird die Pumpenlast erhöht und die Verbrennungsmotordrehzahl wird gesenkt, wenn der Druck steigt. An dieser Stelle senkt das Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 die Pumpenabgabemenge, so dass die Verbrennungsmotordrehzahl nahe einem vorgegebenen Ausgangsleistungspunkt kommt. Im Gegensatz dazu erhöht, wenn der Druck gesenkt wird, das Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 die Pumpenabgabemenge, so dass die Verbrennungsmotordrehzahl nahe des vorgegebenen Ausgangsleistungspunkts kommt. In dem Modus für normalen Aushub wird die Pumpenlast erhöht und die Verbrennungsmotordrehzahl wird gesenkt, wenn der Druck erhöht wird. An dieser Stelle steuert das Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 die Pumpenlast, so dass die Verbrennungsmotordrehzahl gesenkt wird, während das Drehmoment entlang einer Kurve konstanter Pferdestärke des Verbrennungsmotors 2 durch die kombinierte Steuerung von beiden Seiten des Verbrennungsmotors 2 und der Pumpe 3 konstant gehalten wird. Daher kann der Verbrennungsmotor 2 in einem Bereich mit einer guten Kraftstoffeffizienz verwendet werden.
  • Ein Generatormotor (Motor/Generator) 4 ist mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 2 gekoppelt. Zum Beispiel ist die Antriebswelle des Generatormotors 4 durch ein Getriebe mit der Verbrennungsmotorausgangswelle gekoppelt. Der Generatormotor 4 führt einen Energiegenerierungsvorgang und einen Motorvorgang aus. Das heißt, dass der Generatormotor 4 als ein Motor betätigt wird und ebenso als ein Generator betätigt wird.
  • Das Drehmoment des Generatormotors 4 wird durch einen Wandler 8 gesteuert. Der Wandler 8 steuert das Drehmoment des Generatormotors 4 im Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl, der durch das Hybridsteuergerät 7 generiert wird. Ein Drehbewegungsgeneratormotor 11 ist mit der Antriebswelle der Drehbewegungsmaschine 12 gekoppelt.
  • Der Drehbewegungsgeneratormotor 11 führt eine Energiegenerierung und eine Drehkraftgenerierung aus. Das heißt, dass der Drehbewegungsgeneratormotor 11 als der Motor betätigt wird und ebenso als der Generator betätigt wird. Das Drehmoment des oberen Drehkörpers wird genommen, um die elektrische Energie zu generieren, wenn der obere Drehkörper gestoppt ist.
  • Eine Drehzahl oder ein Drehmoment des Drehbewegungsgeneratormotors 11 wird durch den Wandler 9 gesteuert. Der Wandler 9 steuert die Drehzahl des Drehbewegungsgeneratormotors 11 im Ansprechen auf einen Solldrehzahlbefehl, der von dem Hybridsteuergerät 7 geschickt wird. Die Drehzahl des Drehbewegungsgeneratormotors 11 wird durch ein Drehbewegungserfassungsgerät 15 erfasst und der Wandler 9 steuert den Drehgenerator 11 so, dass eine Abweichung zwischen der Solldrehzahl und der erfassten Drehzahl beseitigt wird.
  • Ein Signal, das das Drehmoment angibt, und die Drehzahl, die in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generiert wird, wird zu dem Hybridsteuergerät 7 als ein Signal eingegeben, das eine gegenwärtige Ausgangsleistung des oberen Drehkörpers angibt. Das Hybridsteuergerät 7 berechnet die gegenwärtige Ausgangsleistung (Drehausgangsleistung) Wsw des oberen Drehkörpers auf der Grundlage des Drehmoments und der Drehzahl des Drehbewegungsgeneratormotors 11.
  • Das Hybridsteuergerät 7 generiert einen Pumpenlastbefehl und gibt den Pumpenlastbefehl zu dem Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 auf der Grundlage der gegenwärtigen Drehausgangsleistung Wsw und der gegenwärtigen Drosselposition S, die durch die Kraftstoffeinstellung 14 festgelegt ist, aus. Der Pumpenlastbefehl wird verwendet, um eine Last Wp der Hydraulikpumpe 3 zu beschränken.
  • Das Hybridsteuergerät 7 generiert einen Drehmomentbegrenzungsbefehl und gibt den Drehmomentbegrenzungsbefehl zu dem Wandler 9 auf der Grundlage der Steuervariablen des Auslegersteuerhebels 41 und des Drehsteuerhebels 42 sowie des Pumpenabgabedrucks Pp aus. Der Drehmomentbegrenzungsbefehl dient zum Beschränken des in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generierten Drehmoments.
  • Wenn das Hybridsteuergerät 7 den Drehmomentbegrenzungsbefehl ausgibt, steuert der Wandler 9 das Drehmoment des Generatormotors 11, so dass das in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generierte Drehmoment der Drehmomentbegrenzungswert TL oder weniger wird.
  • Der Wandler 8 und der Wandler 9 sind durch eine Gleichstromversorgungsleitung elektrisch mit einer Speichervorrichtung 10 verbunden und der Wandler 8 sowie der Wandler 9 sind durch die Gleichstromversorgungsleitung miteinander verbunden. Die Steuergeräte 7 und 17 werden durch die Speichervorrichtung 10 aktiviert, die eine Energieversorgung darstellt.
  • Die Speichervorrichtung 10 weist einen Kondensator oder eine Speicherbatterie auf und die Speichervorrichtung 10 sammelt (lädt) die elektrische Energie, wenn der Generatormotor 4 und der Drehbewegungsgeneratormotor 11 die Energiegenerierung ausführen. Die Speichervorrichtung 10 führt die gesammelte elektrische Energie zu dem Wandler 8 und dem Wandler 9 zu. Wie hierbei verwendet worden ist, sollte der Ausdruck "Speichervorrichtung" Speicherbatterien wie beispielsweise einen Kondensator, eine Bleispeicherbatterie, eine Nickelwasserstoffbatterie und eine Lithiumionenbatterie umfassen, in denen die elektrische Energie in der Form von elektrostatischen Ladungen gespeichert wird.
  • Der Betrieb, in dem der Generatormotor 4 als der Generator betätigt wird, ist nachstehend beschrieben. Ein Teil des durch den Verbrennungsmotor 2 generierten Ausgangsmoments wird durch die Verbrennungsmotorausgangswelle zu der Antriebswelle des Generatormotors 4 übertragen und wird genommen, um die elektrische Energie zu generieren. Die Wechselstromenergie, die durch den Generatormotor 4 generiert wird, wird durch den Wandler 8 in die Direktstromenergie umgewandelt und die elektrische Energie wird in der Speichervorrichtung 10 durch die Direktstromversorgungsleitung gesammelt. Alternativ wird die durch den Generatormotor 4 genierte Wechselstromenergie durch den Wandler 8 in die Direktstromenergie gewandelt und durch die Direktstromversorgungsleitung direkt zu dem Wandler 9 zugeführt.
  • Der Betrieb, in dem Generatormotor 4 als der Motor betätigt wird, ist nachstehend beschrieben. Die Speichervorrichtung 10 gibt die elektrische Energie aus, der Wandler 8 wandelt die Direktstromenergie, die in der Speichervorrichtung 10 gesammelt worden ist, in die Wechselstromenergie um, und die Wechselstromenergie wird zu dem Generatormotor 4 zugeführt, um die Antriebswelle des Generatormotors 4 zu drehen. Alternativ wird die Direktstromenergie, die von dem Wandler 9 zugeführt wird, durch den Wandler 8 in die Wechselstromenergie umgewandelt und die Wechselstromenergie wird zu dem Generator 4 zugeführt, um die Antriebswelle des Generatormotors 4 zu drehen. Daher wird das Drehmoment in dem Generatormotor 4 generiert und das Drehmoment wird durch die Antriebswelle des Generatormotors 4 zu der Verbrennungsmotorausgangswelle übertragen und zu dem Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors 2 hinzugefügt (die Verbrennungsmotorausgangsleistung wird unterstützt). Das hinzugefügte Ausgangsdrehmoment wird durch die Hydraulikpumpe 3 verwendet.
  • Der Betrieb, in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 als der Motor betätigt wird, ist nachstehend beschrieben. Der Drehbewegungsgeneratormotor 11 wird durch die elektrische Energie, die durch den Generatormotor 4 generiert wird, und/oder die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung 10 gesammelt worden ist, angetrieben. Daher werden die Direktstromenergie, die in der Speichervorrichtung 10 gesammelt worden ist, und/oder die Direktstromenergie, die von dem Wandler 8 zugeführt wird, durch den Wandler 9 in die Wechselstromenergie umgewandelt und zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt, wobei die Wechselstromenergie die Antriebswelle der Drehbewegungsmaschine 12 und des oberen Drehkörpers dreht.
  • Der Betrieb, in dem der Drehbewegungsgeneratormotor 11 als der Generator betätigt wird, ist nachstehend beschrieben. Wenn der obere Drehkörper gestoppt ist, wird das Drehmoment, das durch die Drehbewegungsmaschine 12 generiert wird, zu der Antriebswelle des Drehbewegungsgeneratormotors 11 übertragen und von jener aufgenommen, um die elektrische Energie zu generieren. Die durch den Drehbewegungsgeneratormotor 11 generierte Wechselstromenergie wird durch den Wandler 9 in die Direktstromenergie gewandelt und die elektrische Energie wird durch die Direktstromversorgungsleitung in der Speichervorrichtung 10 gesammelt. Alternativ wird die durch den Drehbewegungsgeneratormotor 11 generierte Wechselstromenergie durch den Wandler 9 in die Direktstromenergie umgewandelt und durch die Direktstromversorgungsleitung zu dem Wandler 8 zugeführt.
  • Das Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 bestimmt das Pumpenlastdrehmoment auf der Grundlage der Pumpenlast Wp und der Verbrennungsmotordrehzahl und das Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 steuert den Neigungswinkel der Taumelscheibe 3a der Hydraulikpumpe 3, so dass ein Produkt des Abgabedrucks Pp der Hydraulikpumpe 3 und des Volumens q der Hydraulikpupe 3 nicht das Pumpendrehmoment übersteigt.
  • Bestandteile der durch das Hybridsteuergerät 7 ausgeführten Steuerung sind nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. In dem Ausführungsbeispiel werden eine erste Steuerung und eine zweite Steuerung ausgeführt.
  • (Erste Steuerung)
  • Die Bestimmungseinheiten 71 und 72 bestimmen, ob der Auslegerhydraulikzylinder 31 und der Drehbewegungsgeneratormotor 11 gleichzeitig betätigt wird oder nicht, auf der Grundlage der Steuervariable des Auslegersteuerhebels 41 und der Steuervariable des Drehsteuerhebels 42. Daher bestimmen die Bestimmungseinheiten 71 und 72, ob der Windendreharbeitsgang ausgeführt wird oder nicht. In dem Windendreharbeitsgang betätigt der Drehbewegungsgeneratormotor 11 den oberen Drehkörper, um den oberen Drehkörper zu drehen, während das Auslegerhydraulikstellglied 31 den Ausleger aufwärts betätigt.
  • Wenn die Bestimmungseinheiten 71 und 72 bestimmen, dass der Auslegerhydraulikzylinder 31 und der Drehbewegungsgeneratormotor 11 gleichzeitig betätigt werden, generiert die Umschalteinheit 73 den Drehmomentbegrenzungsbefehl zum Beschränken des Drehmoments des Drehbewegungsgeneratormotors 11 auf der Grundlage des Pumpenabgabedrucks Pp und gibt jenen aus. Der Drehmomentbegrenzungsbefehl wird generiert und ausgegeben, so dass der Drehmomentgrenzwert TL des Drehbewegungsgeneratormotors 11 mit einem Senken des Abgabedrucks Pp der Hydraulikpumpe 3 sinkt.
  • Das heißt, dass die Bestimmungseinheit 71 bestimmt, ob sich der Drehsteuerhebel 42 an der neutralen Position befindet oder nicht (ob der Drehsteuerhebel 42 gesteuert wird oder nicht), auf der Grundlage der Steuervariable des Drehsteuerhebels 42. Die Bestimmungseinheit 72 bestimmt, ob der Steuerhebel 41 um 50 oder mehr in eine Aufwärtsrichtung betrieben wird oder nicht, auf der Grundlage der Steuervariablen des Auslegersteuerhebels 41.
  • In dem Fall, in dem zumindest eins der Bestimmungsergebnisse der Bestimmungseinheiten 71 und 72 negativ wird, bestimmen die Bestimmungseinheiten 71 und 72, dass der Windendreharbeitsgang nicht ausgeführt wird und die Umschalteinheit 73 wird auf eine NEIN-Seite umgeschaltet. Daher wird der Drehmomentbegrenzungsbefehl, in dem der normale Drehmomentgrenzwert TL1 auf die Drehmomentgrenze TL gesetzt wird, durch die Umschalteinheit 73 zu dem Wandler 9 ausgegeben.
  • Andererseits bestimmen in dem Fall, in dem beide Bestimmungsergebnisse der Bestimmungseinheiten 71 und 72 positiv werden, die Bestimmungseinheiten 71 und 72, dass der Windendreharbeitsgang ausgeführt wird und die Umschalteinheit 73 wird auf eine JA-Seite umgeschaltet. Daher wird der Drehmomentbegrenzungsbefehl, in dem der Drehmomentgrenzwert TL2 für eine Windendrehung auf die Drehmomentgrenze TL gesetzt wird, durch die Umschalteinheit 73 zu dem Wandler 9 ausgegeben.
  • Der Drehmomentgrenzwert TL2 für die Hebedrehung kann durch nachstehende Gleichung (1) bestimmt werden. TL2 = (Pp/Prf)·TL1·K1 (1)mit
    • Pp:
    Pumpenabgabedruck
    Prf:
    Pumpenabgabedruckgrenzwert
    TL1:
    Normaler Drehmomentgrenzwert
    K1:
    Korrekturfaktor
  • Der Pumpenabgabedruckgrenzwert Prf korrespondiert zu dem Entlastungsdruck des Drehungsentlastungsventils 62 in dem Hydraulikkreislauf von 1. Zum Beispiel ist der Pumpenabgabedruckgrenzwert Prf auf 270 kg/cm2 gesetzt.
  • Der normale Drehmomentgrenzwert TL1 wird durch Umwandlung des Pumpenabgabegrenzdruckwerts Prf in das Drehmoment erlangt. Zum Beispiel wird der Drehmomentgrenzwert TL1 auf einen Drehmomentwert (135 Nm) korrespondierend zu dem Pumpenabgabedruckgrenzwert Prf (270 kg/cm2) gesetzt.
  • Wie in der Gleichung (1) gezeigt ist, wird der Drehmomentgrenzwert TL2 so berechnet, dass der Drehmomentgrenzwert des Drehbewegungsgeneratormotors 11 mit einem Sinken in einem Abgabedruck Pp der Hydraulikpumpe 3 sinkt.
  • An dieser Stelle werden der Pumpenabgabedruck Pp und der Pumpenabgabedruckgrenzwert Prf in der Gleichung (1) verwendet. Alternativ können der Lastdruck des Auslegerhydraulikzylinders 31 und der Lastdruckgrenzwert des Auslegerhydraulikzylinders 31 in der Gleichung (1) verwendet werden.
  • Während dem Windendreharbeitsgang steuert das Hybridsteuergerät 7 den Drehbewegungsgeneratormotor 11 durch den Wandler 9, so dass das durch den Drehbewegungsgeneratormotor 11 generierte Drehmoment den berechneten Drehmomentgrenzwert TL2 nicht überschreitet.
  • (Zweite Steuerung)
  • In dem Hybridsteuergerät 7 wird der Pumpenlastbefehl zum Beschränken der Last Wp der Hydraulikpumpe 3 auf der Grundlage der Drehausgangsleistung Wsw und der Drosselposition S generiert, so dass die Last Wp der Hydraulikpumpe 3 mit einer Erhöhung einer Drehausgangsleistung Wsw sinkt und der Pumpenlastbefehl wird zu dem Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 ausgegeben.
  • Die Pumpenlast Wp kann durch die nachstehende Gleichung (2) bestimmt werden. Wp = S·Fe – Wsw·K2 mit
    • S:
    Drosselposition
    Pe:
    Maximale Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors
    Wsw:
    Drehausgangsleistung
    K2:
    Korrekturfaktor
  • Der Ausdruck S·Pe auf der rechten Seite der Gleichung (2) gibt die maximale Verbrennungsmotorausgangsleistung bei der gegenwärtigen Verbrennungsmotordrehzahl an.
  • Wie in der Gleichung (2) gezeigt ist, steuert, wenn die Hydraulikpumpenlast Wp berechnet wird, so dass die Last Wp der Hydraulikpumpe 3 mit einer Erhöhung der Drehausgangsleistung Wsw sinkt, das Verbrennungsmotorpumpensteuergerät 17 den Neigungswinkel der Taumelscheibe 3a der Hydraulikpumpe 3, so dass die Pumpenlast der Hydraulikpumpe 3 die berechnete Pumpenlast Wp nicht überschreitet. Die Vorteile der Steuerung des Ausführungsbeispiels sind nachstehend unter Bezugnahme auf 4A, 4B und 4C beschrieben. 4A zeigt ein Vergleichsbeispiel, das die Leistungsverteilung veranschaulicht, wenn die erste Steuerung und die zweite Steuerung nicht ausgeführt werden.
  • Wie in 4A gezeigt ist, wird die Leistung von 20 kW von der Speichervorrichtung 10 zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt und die Leistung von 20 kW wird von dem Verbrennungsmotor 2, der die Leistung von 100 kW ausgibt, zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt. Daher wird die Gesamtleistung von 40 kW zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt und das Drehmoment (135 Nm) korrespondierend zu dem Entlastungsdruck Prf (270 kg/cm2) des Drehungsentlastungsventils 62 wird in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generiert. Da die Leistung von 40 kW zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 verteilt wird, während die Leistung von 80 kW zu dem Auslegerhydraulikstellglied 31 verteilt wird, weicht die Leistungsverteilung stark von dem idealen Zustand ab (2A). Daher wird die Drehgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers verglichen mit der Auslegerhebegeschwindigkeit schneller, was die Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen dem oberen Drehkörper und dem Ausleger verschlechtert.
  • Andererseits stellt 4B die Leistungsverteilung in dem Fall dar, in dem die erste Steuerung ausgeführt wird. Wie in 4B gezeigt ist, wird das durch den Drehbewegungsgeneratormotor 11 generierte Drehmoment durch die erste Steuerung beschränkt, wodurch die Leistung von 15 kW von der Speichervorrichtung 10 zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt wird, während die Leistung von 15 kW von dem Verbrennungsmotor 2, der die Leistung von 100 kW ausgibt, zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt wird. Daher wird die Gesamtleistung von 30 kW zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt und der gegenwärtige Abgabedruck Pp (200 kg/cm2) der Hydraulikpumpe 3 oder das Drehmoment (100 Nm) korrespondierend zu dem gegenwärtigen Lastdruck des Auslegehydraulikzylinders 31 werden in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generiert. Da die Leistung von 30 kW zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 verteilt wird, während die Leistung von 85 kW zu dem Auslegerhydraulikstellglied 31 verteilt wird, wird die Leistungsverteilung im Wesentlichen identisch zu dem idealen Zustand (2A). Die Drehgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers wird verglichen mit dem Vergleichsbeispiel von 4A unterdrückt, was die gute Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen dem oberen Drehkörper und dem Ausleger erzielt.
  • Andererseits stellt 4C die Leistungsverteilung in dem Fall dar, in dem die zweite Steuerung zusätzlich zu der ersten Steuerung ausgeführt wird. Wie in 4C gezeigt ist, wird die Last der Hydraulikpumpe 3 ferner durch die zweite Steuerung beschränkt, wodurch der Verbrennungsmotor 2 die Leistung von 85 kW ausgibt und die Leistung von 70 kW zu der Hydraulikpumpe 3 verteilt wird. Gleichermaßen zu 4B als ein Ergebnis der ersten Steuerung wird die Gesamtleistung von 30 kW zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 zugeführt und der gegenwärtige Abgabedruck Pp (200 kg/cm2) der Hydraulikpumpe 3 oder das Drehmoment (100 Nm) korrespondierend zu dem gegenwärtigen Lastdruck des Auslegerhydraulikzylinders 31 werden in dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 generiert. Da die Leistung von 30 kW zu dem Drehbewegungsgeneratormotor 11 verteilt wird, während die Leistung von 70 kW zu dem Auslegerhydraulikstellglied 31 verteilt wird, wird die Leistungsverteilung identisch zu dem idealen Zustand (2A) und die Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen dem oberen Drehkörper und dem Ausleger wird der ideale Zustand.
  • 6 zeigt eine Änderung einer Hubgeschwindigkeit V (cm/s) des Auslegerhydraulikzylinders 31 während dem Windendreharbeitsgang über die Zeit und eine Änderung einer Drehgeschwindigkeit U (U/min) des oberen Drehkörpers während dem Windendreharbeitsgang über die Zeit. In 6 gibt eine gestrichelte Linie eine Hydraulikzylinderhubgeschwindigkeit V' in dem Fall an, in dem die zweite Steuerung nicht ausgeführt wird (die Last der Hydraulikpumpe 3 ist nicht beschränkt) und eine durchgezogene Linie gibt die Hydraulikzylinderhubgeschwindigkeit V in dem Fall an, in dem die zweite Steuerung ausgeführt wird (die Last der Hydraulikpumpe 3 ist beschränkt).
  • In dem Fall, in dem die zweite Steuerung, in der die Last der Hydraulikpumpe 3 beschränkt ist, nicht ausgeführt wird, wird die Hubgeschwindigkeit V' des Auslegerhydraulikzylinders 31 mit einem Fortschritt des Windendreharbeitsgangs nicht fortschreitend gesenkt (aber die Hubgeschwindigkeit V' wird konstant oder etwas erhöht) und das Übereinstimmen zwischen der Drehgeschwindigkeit U des oberen Drehkörpers und der Hubgeschwindigkeit V' des Auslegerhydraulikzylinders 31 weicht etwas von dem idealen Zustand ab. Da die Auslegerhebegeschwindigkeit trotz der Absicht des Bedieners, das Auslegerheben in der letzten Hälfte des Windendreharbeitsgangs zu stoppen, nicht verringert wird, erfährt der Bediener ein unangenehmes Gefühl bei dem Betrieb.
  • Andererseits wird in dem Fall, in dem die zweite Steuerung ausgeführt wird, um die Lastleistung der Hydraulikpumpe 3 zu beschränken, die Hubgeschwindigkeit V des Auslegerhydraulikzylinders 31 fortschreitend gesenkt, wenn der Windendreharbeitsgang fortschreitet, und das Übereinstimmen zwischen der Drehgeschwindigkeit U des oberen Drehkörpers und der Hubgeschwindigkeit V des Auslegerhydraulikzylinders 31 wird der ideale Zustand. Da die Auslegerhebegeschwindigkeit übereinstimmend mit der Absicht des Bedieners, das Auslegerheben in der letzten Hälfte des Windendreharbeitsgangs zu stoppen, verringert wird, erfährt der Bediener kein unangenehmes Gefühl bei dem Betrieb und die Durchführbarkeit ist verbessert.
  • Gleichermaßen zu 6 zeigen 7A und 7B die Änderungen der Hubgeschwindigkeit V (cm/s) des Auslegerhydraulikzylinders 31 während des Windendreharbeitsgangs über die Zeit und die Änderung der Drehgeschwindigkeit U (U/min) des oberen Drehkörpers während des Windendreharbeitsgangs über die Zeit. 7B zeigt das Ausführungsbeispiel (die erste Steuerung und die zweite Steuerung werden ausgeführt, die Leistungsverteilung von 4C) und 7A zeigt das Vergleichsbeispiel (Leistungsverteilung von 4A).
  • Wenn die erste Steuerung ausgeführt wird, wie durch den Buchstaben A in 7B und den Buchstaben A' in 7A angegeben ist, wird die Drehgeschwindigkeit U des oberen Drehkörpers verglichen mit der Drehzahl U' des Vergleichsbeispiels unterdrückt. Wenn die zweite Steuerung ausgeführt wird, wie durch den Buchstaben B in 7B und den Buchstaben B' in 7A angegeben ist, wird die Auslegerhydraulikzylinderhubgeschwindigkeit V, wenn der Arbeitsgang den Übergang zu der letzten Hälfte bewirkt wird, im Vergleich mit der Geschwindigkeit V' des Vergleichsbeispiels fortschreitend verringert. Somit kann gemäß dem Ausführungsbeispiel die Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen dem oberen Drehkörper und dem Ausleger erzielt werden, um den Windendreharbeitsgang mit guter Durchführbarkeit genau auszuführen.
  • Verschiedene Modifikationen des Ausführungsbeispiels können gemacht werden. In dem Ausführungsbeispiel werden sowohl die erste Steuerung als auch die zweite Steuerung ausgeführt. In der Erfindung ist es jedoch nicht immer notwendig, sowohl die erste Steuerung als auch die zweite Steuerung gleichzeitig auszuführen. Alternativ können nur die erste Steuerung oder die zweite Steuerung ausgeführt werden.
  • In der Erfindung kann die erste Steuerung auf eine Betätigung einer Kombination eines Hydraulikstellglieds und eines elektrischen Stellglieds angewandt werden und die Stellglieder können auf irgendwelche gesteuerten Objekte angewandt werden. Daher ist die Erfindung nicht auf das Hydraulikstellglied, das den Ausleger betätigt, und das elektrische Stellglied, das den oberen Drehkörper betätigt, begrenzt.
  • Die in der ersten Steuerung verwendete Gleichung (1) und die in der zweiten Steuerung verwendete Gleichung (2) sind als Beispiele gezeigt. Offensichtlich können der Drehmomentgrenzwert und die Pumpenlast auf der Grundlage von anderen als den Gleichungen (1) und (2) berechnet werden.
  • Obwohl das Drehmoment des Drehbewegungsgeneratormotors 11 in der ersten Steuerung beschränkt ist, kann die Geschwindigkeit des Drehbewegungsgeneratormotors 11 anstelle des Drehmoments beschränkt werden.
  • 8 korrespondiert zu 5 und 8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, in dem nur die erste Steuerung durch das Hybridsteuergerät 7 ausgeführt wird. Wie in 8 gezeigt ist, wird in dem Ausführungsbeispiel die erste Steuerung ausgeführt, wenn die Steuervariable des Steuerhebels, die eine von den Steuervariablen des Auslegersteuerhebels, des Armsteuerhebels und des Schaufelsteuerhebels ist, um 50 oder mehr gesteuert wird.
  • 9A und 9B korrespondieren zu 7A und 7B, wobei 9A und 9B das Vergleichsbeispiel und das Ausführungsbeispiel von 8 im Vergleich zeigen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 8 wird die erste Steuerung ausgeführt, wenn bestimmt ist, dass der obere Drehkörper und die Arbeitsmaschine gleichzeitig betätigt werden. Daher wird, wie durch den Buchstaben A von 9B und den Buchstaben A' von 9A angegeben ist, die Drehgeschwindigkeit U des oberen Drehkörpers verglichen mit der Drehgeschwindigkeit U' des Vergleichsbeispiels unterdrückt, wodurch die Drehgeschwindigkeiten zwischen dem oberen Drehkörper und der Arbeitsmaschine übereinstimmen.
  • 10 korrespondiert zu 5, wobei 10 ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt, in dem nur die erste Steuerung durch das Hybridsteuergerät 7 ausgeführt wird. Wie in 10 gezeigt ist, wird in dem Ausführungsbeispiel die erste Steuerung ausgeführt, wenn die Steuervariable des Steuerhebels der Arbeitsmaschine, die von den Steuervariablen des Auslegersteuerhebels, des Armsteuerhebels und des Schaufelsteuerhebels am größten ist, um 50% oder mehr betätigt wird.
  • Der Drehmomentgrenzwert TL2 während der kombinierten Betätigung wird unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (3) anstelle der Gleichung (1) berechnet. TL2 = (St/Stm)·TL1·K1 (3)mit
    • St:
    Größte Steuervariable von den Steuervariablen des Auslegersteuerhebels, des Armsteuerhebels und des Schaufelsteuerhebels
    Stm:
    Maximale Steuervariable (vollständige Hebelposition) des Arbeitsmaschinensteuerhebels
    TL1:
    Normaler Drehmomentgrenzwert
    K1:
    Korrekturfaktor
  • Wie in der Gleichung (3) gezeigt ist, wird angenommen, dass die Steuervariable St des Arbeitsmaschinensteuerhebels die Last an der Hydraulikpumpe 3 oder den Arbeitsmaschinenhydraulikstellgliedern 31, 33 und 34 ist, wobei der Drehmomentgrenzwert TL2 berechnet wird, so dass der Drehmomentgrenzwert des Drehbewegungsgeneratormotors 11 mit einer Verringerung einer Steuervariable St des Arbeitsmaschinensteuerhebels sinkt.
  • 11A und 11B korrespondieren zu 7A und 7B und zeigen das Vergleichsbeispiel und das Ausführungsbeispiel von 10 im Vergleich. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 10 wird die erste Steuerung ausgeführt, wenn bestimmt ist, dass der obere Drehkörper und die Arbeitsmaschine gleichzeitig betätigt werden. Daher wird, wie durch den Buchstaben A von 11B und den Buchstaben A' von 11A angegeben ist, die Drehgeschwindigkeit U des oberen Drehkörpers verglichen mit der Geschwindigkeit U' des Vergleichsbeispiels unterdrückt, wodurch die Geschwindigkeitsübereinstimmung zwischen dem oberen Drehkörper und der Arbeitsmaschine erzielt wird.
  • 12 korrespondiert zu 5 und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem die erste Steuerung durch das Hybridsteuergerät 7 ausgeführt wird. Wie in 12 gezeigt ist, wird in dem Ausführungsbeispiel die erste Steuerung ausgeführt, wenn die Steuervariable des Arbeitsmaschinensteuerhebels, die von den Steuervariablen des Auslegersteuerhebels, des Armsteuerhebels und des Schaufelsteuerhebels die größte Steuervariable ist, um 50 oder mehr gesteuert wird.
  • In dem Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl des Drehbewegungsgeneratormotors 11 anstelle des Drehmoments des Drehbewegungsgeneratormotors 11 beschränkt. Das heißt, dass in der Umwandlungseinheit 74 angenommen wird, dass die Steuervariable (der Hebelhub) des Drehsteuerhebels 42 die gegenwärtige Drehgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers ist und die Steuervariable wird in die Drehgeschwindigkeit U umgewandelt.
  • Falls bestimmt ist, dass der obere Drehkörper und die Arbeitsmaschine nicht gleichzeitig betätigt werden (eines der Bestimmungsergebnisse, die durch die Bestimmungseinheiten 71 und 72 erfolgen, wird negativ), wird die Umschalteinheit 73 zu der NEIN-Seite umgeschaltet, und eine maximale normale Drehgeschwindigkeit Ur1 wird zu der Auswahleinheit 75 eingegeben.
  • Falls bestimmt ist, dass der obere Drehkörper und die Arbeitsmaschine gleichzeitig betätigt werden (beide Bestimmungsergebnisse, die durch die Bestimmungseinheiten 71 und 72 erfolgt sind, werden positiv), wird die Umschalteinheit 73 zu der JA-Seite umgeschaltet und eine maximale Drehgeschwindigkeit Ur2 in der kombinierten Betätigung wird zu der Auswahleinheit 75 eingegeben.
  • An dieser Stelle wird die maximale Drehgeschwindigkeit Ur2 in der kombinierten Betätigung auf einen geringeren Wert als die maximale normale Drehgeschwindigkeit Ur1 gesetzt.
  • Die Auswahleinheit 75 wählt die kleinere Drehgeschwindigkeit als eine Solldrehgeschwindigkeit Ur von der gegenwärtigen Drehgeschwindigkeit U, die von der Umwandlungseinheit 74 eingegeben ist, der maximalen Drehgeschwindigkeit Ur1 (normal), die von der Umschalteinheit 73 eingegeben ist, und der maximalen Drehgeschwindigkeit Ur2 (kombinierte Betätigung) aus, die von der Umschalteinheit 73 eingegeben ist. Dann gibt die Auswahleinheit 75 den Solldrehgeschwindigkeitbefehl zu dem Wandler 9 aus. Daher wird der Drehbewegungsgeneratormotor 11 so gesteuert, dass die Geschwindigkeit die Solldrehgeschwindigkeit Ur wird.
  • 13A und 13B korrespondieren zu 7A und 7B und zeigen das Vergleichsbeispiel und das Ausführungsbeispiel von 12 im Vergleich. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 12 wird die erste Steuerung ausgeführt, wenn bestimmt ist, dass der obere Drehkörper und die Arbeitsmaschine gleichzeitig betätigt werden und die Drehgeschwindigkeit U des oberen Drehkörpers auf die maximale Drehgeschwindigkeit Ur2 bei der kombinierten Betätigung beschränkt ist. Daher wird, wie durch den Buchstaben A von 13B und den Buchstaben A' von 13A angegeben ist, die Drehgeschwindigkeit U des oberen Drehkörpers verglichen mit der Drehgeschwindigkeit U' des Vergleichsbeispiels unterdrückt, wodurch das Geschwindigkeitsübereinstimmen zwischen dem oberen Drehkörper und der Arbeitsmaschine erzielt wird.
  • 14 korrespondiert zu 5, wobei 14 ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt, in dem nur die zweite Steuerung durch das Hybridsteuergerät 7 ausgeführt wird. Wie in 14 gezeigt ist, wird in der zweiten Steuerung, die in dem Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, die Pumpenlast Wp berechnet, so dass die Last Wp der Hydraulikpumpe 3 mit einer Erhöhung der Drehausgangsleistung Wsw auf der Grundlage der Drehausgangsleistung Wsw und der Drosselposition S sinkt, und die Hydraulikpumpe 3 ist auf die berechnete Pumpenlast Wp oder geringer beschränkt.
  • 15A und 15B korrespondieren zu 7A und 7B und zeigen das Vergleichsbeispiel und das Ausführungsbeispiel von 14 im Vergleich. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 14 wird, da die zweite Steuerung ausgeführt wird, um die Pumpenlast der Hydraulikpumpe 3 zu beschränken, wie durch den Buchstaben B von 15B und den Buchstaben B' von 15A angegeben ist, die Auslegerhydraulikzylinderhubgeschwindigkeit V fortschreitend in dem Übergang zu der letzten Hälfte des Arbeitsgangs im Vergleich mit der Geschwindigkeit V' des Vergleichsbeispiels fortschreitend verringert, wodurch das Geschwindigkeitsübereinstimmen zwischen dem oberen Drehkörper und dem Ausleger erzielt wird, um den Windendreharbeitsgang mit guter Durchführbarkeit genauer auszuführen.
  • 16 korrespondiert zu 5 und zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, in dem die zweite Steuerung durch das Hybridsteuergerät 7 ausgeführt wird. Wie in 16 gezeigt ist, wird in dem Ausführungsbeispiel die Pumpenlast Wp unter Verwendung nachstehender Gleichung (4) anstelle der Gleichung (2) berechnet. Wp = S × Pe – U/Um × K2 (4)mit
    • S:
    Drosselposition
    Pe:
    Maximale Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors
    U:
    Gegenwärtige Istdrehgeschwindigkeit (Istdrehzahl) des oberen Drehkörpers
    Um:
    Maximale Drehgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers
    K2:
    Korrekturfaktor
  • U/Um der rechten Seite von U/Um korrespondiert zu Wsw (Drehausgangsleistung) der Gleichung (2).
  • Wie in der Gleichung (4) gezeigt ist, wird angenommen, dass in der zweiten Steuerung ein Verhältnis von U/Um der gegenwärtigen Istdrehgeschwindigkeit zu der maximalen Drehgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers die Drehausgangsleistung Wsw ist, und die Hydraulikpumpenlast Wp wird berechnet, so dass die Last der Hydraulikpumpe 3 mit einer Erhöhung des Drehgeschwindigkeitsverhältnisses von U/Um sinkt und die Hydraulikpumpe 3 ist auf die berechnete Pumpenlast Wp oder weniger beschränkt.
  • 17A und 17B korrespondieren zu 7A und 7B und zeigen das Vergleichsbeispiel und das Ausführungsbeispiel von 16 im Vergleich. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 16 wird, da die zweite Steuerung ausgeführt wird, um die Pumpenlast der Hydraulikpumpe 3 zu beschränken, wie durch den Buchstaben B von 17B und dem Buchstaben B' von 17A angegeben ist, die Auslegerhydraulikzylinderhubgeschwindigkeit V in dem Übergang zu der letzten Hälfte des Arbeitsgangs im Vergleich mit der Geschwindigkeit V' des Vergleichsbeispiels fortschreitend verzögert, wodurch das Geschwindigkeitsübereinstimmen zwischen dem oberen Drehkörper und dem Ausleger erzielt wird, um den Windendreharbeitsgang mit guter Durchführbarkeit genau auszuführen.
  • Die Ausführungsbeispiele sind beschrieben, während die Erfindung auf den Hydraulikbagger angewandt wird. Die Erfindung kann auf Arbeitsmaschinen, einschließlich der Baumaschine und jeglicher anderer Baumaschine als dem Hydraulikbagger angewandt werden, solang wie das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied vorgesehen sind.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das Steuergerät für die Arbeitsmaschine gemäß der Erfindung ist für die Arbeitsmaschine einschließlich jeglicher Baumaschine geeignet, die die Konfiguration hat, in der das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied vorgesehen sind. Insbesondere ist die Erfindung bei Baumaschinen, wie beispielsweise dem Hydraulikbagger, geeignet.
  • Zusammenfassung
  • Eine Geschwindigkeit eines Hydraulikstellglieds wird mit jener eines elektrischen Stellglieds in Übereinstimmung gebracht, wenn das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden. Wenn Bestimmungseinheiten (71, 72) auf der Grundlage einer Steuervariable eines Auslegersteuerhebels (41) und einer Steuervariable eines Drehsteuerhebels (42) bestimmen, dass ein Auslegerhydraulikzylinder (31) und ein Drehbewegungsgeneratormotor (11) gleichzeitig betätigt werden, wird ein Drehmoment des Drehbewegungsgeneratormotors (11) auf der Grundlage eines Pumpenabgabedrucks (Pp) beschränkt. Daher wird zum Beispiel ein Drehmomentbegrenzungsbefehl generiert und ausgegeben, so dass ein Drehmomentgrenzwert (TL2) des Drehbewegungsgeneratormotors (11) mit einer Verringerung des Abgabedrucks (Pp) einer Hydraulikpumpe (3) verringert wird. Ein Pumpenlastbefehl zum Beschränken einer Last (Wp) der Hydraulikpumpe (3) wird derart generiert, dass die Last (Wp) der Hydraulikpumpe (3) mit einer Erhöhung einer Drehungsausgangsleistung (Wsw) verringert wird und ein Verbrennungsmotorpumpensteuergerät (17) steuert die Hydraulikpumpe (3) derart, dass eine Pumpenlast der Hydraulikpumpe (3) die berechnete Pumpenlast (Wp) überschreitet.
    • 2
    Verbrennungsmotor
    3
    Hydraulikpumpe
    4
    Generatormotor
    7
    Hybridsteuergerät
    11
    Drehbewegungsgeneratormotor
    17
    Verbrennungsmotorpumpensteuergerät
    31, 33, 34, 35, 36
    Hydraulikstellglied
    41, 42
    Steuerhebel
    71, 72
    Bestimmungseinheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 11-71788 [0016]
    • - JP 2003-278705 [0016]

Claims (6)

  1. Steuergerät für eine Arbeitsmaschine mit: einer Hydraulikpumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird; einem Hydraulikstellglied, zu dem mit Druck beaufschlagtes Öl zugeführt wird, wobei das mit Druck beaufschlagte Öl von der Hydraulikpumpe abgegeben wird; einem Generatormotor, der mit einer Ausgangswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist; einer Speichervorrichtung, die durch den Generatormotor generierte elektrische Energie sammelt und elektrische Energie zu dem Generatormotor zuführt; einem elektrischen Stellglied, das durch die elektrische Energie, die durch den Generatormotor generiert ist, und/oder die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung gesammelt worden ist, angetrieben wird; einer Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden; und einer Steuereinheit zum Beschränken eines Drehmoments oder einer Drehzahl des elektrischen Stellglieds, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden.
  2. Steuergerät für eine Arbeitsmaschine mit: einer Hydraulikpumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird; einem Hydraulikstellglied, zu dem mit Druck beaufschlagtes Öl zugeführt wird, wobei das mit Druck beaufschlagte Öl von der Hydraulikpumpe abgegeben wird; einem Generatormotor, der mit einer Ausgangswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist; einer Speichervorrichtung, die durch den Generatormotor generierte elektrische Energie sammelt und elektrische Energie zu dem Generatormotor zuführt; einem elektrischen Stellglied, das durch die elektrische Energie, die durch den Generatormotor generiert ist, und/oder die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung gesammelt worden ist, angetrieben wird; und einer Steuereinheit zum Beschränken einer Last der Hydraulikpumpe derart, dass die Last der Hydraulikpumpe verringert wird, wenn eine Leistung des elektrischen Stellglieds erhöht wird.
  3. Steuergerät für eine Arbeitsmaschine mit: einer Hydraulikpumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird; einem Hydraulikstellglied, zu dem mit Druck beaufschlagtes Öl zugeführt wird, wobei das mit Druck beaufschlagte Öl von der Hydraulikpumpe abgegeben wird; einem Generatormotor, der mit einer Ausgangswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist; einer Speichervorrichtung, die durch den Generatormotor generierte elektrische Energie sammelt und elektrische Energie zu dem Generatormotor zuführt; einem elektrischen Stellglied, das durch die elektrische Energie, die durch den Generatormotor generiert ist, und/oder die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung gesammelt worden ist, angetrieben wird; einer Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob das Hydraulikstellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden oder nicht; einer ersten Steuereinheit, die ein Drehmoment oder eine Geschwindigkeit des elektrischen Stellglieds beschränkt, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass das hydraulische Stellglied und das elektrische Stellglied gleichzeitig betätigt werden; und einer zweiten Steuereinheit zum Beschränken einer Last der Hydraulikpumpe derart, dass die Last der Hydraulikpumpe verringert wird, wenn eine Leistung des elektrischen Stellglieds erhöht ist.
  4. Steuergerät für eine Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei eine Drehmomentgrenze oder eine Geschwindigkeitsgrenze des elektrischen Stellglieds so gesteuert wird, dass sie verringert wird, wenn eine Last der Hydraulikpumpe oder des Hydraulikstellglieds verringert wird.
  5. Steuergerät für eine Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Hydraulikstellglied ein Arbeitsgerät betätigt, und das elektrische Stellglied einen oberen Drehkörper betätigt.
  6. Steuergerät für eine Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei das Hydraulikstellglied ein Hydraulikstellglied ist, das ein Auslegerhydraulikstellglied aufweist, das einen Ausleger betätigt, das elektrische Stellglied ein elektrisches Stellglied eines oberen Drehkörpers ist, das einen oberen Drehkörper betätigt, und die Bestimmungseinheit bestimmt, ob ein Windendreharbeitsgang ausgeführt wird oder nicht, bei dem das elektrische Stellglied des oberen Drehkörpers den oberen Drehkörper so betätigt, dass der obere Drehkörper gedreht wird, während das Auslegerhydraulikstellglied den Ausleger aufwärts bewegt.
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